Toplotni stroji v termodinamiki so to periodično delujoči toplotni stroji in hladilni stroji (termokompresorji). Raznolikost hladilni stroji so toplotne črpalke.

Naprave, ki delujejo mehansko delo zaradi notranje energije goriva, imenujemo toplotni stroji (toplotni stroji). Za delovanje toplotnega stroja so potrebne naslednje komponente: 1) vir toplote z višjim temperaturnim nivojem t1, 2) vir toplote z nižjim temperaturnim nivojem t2, 3) delovna tekočina. Z drugimi besedami: vsi toplotni motorji (toplotni motorji) so sestavljeni iz grelec, hladilnik in delovna tekočina .

Kot delovna tekočina uporabljamo plin ali paro, saj sta dobro stisnjena, glede na vrsto motorja pa lahko gorivo (bencin, kerozin), vodno paro itd. Grelec preda določeno količino toplote (Q1) delovni tekočini , njegova notranja energija pa se zaradi te notranje energije poveča, se opravi mehansko delo (A), nato delovna tekočina odda določeno količino toplote hladilniku (Q2) in se ohladi na začetno temperaturo. Opisani diagram predstavlja cikel delovanja motorja in je pri realnih motorjih lahko vlogo grelnika in hladilnika razne naprave. Okolje lahko služi kot hladilnik.

Ker se v motorju del energije delovne tekočine prenese na hladilnik, je jasno, da se vsa energija, ki jo prejme od grelnika, ne porabi za opravljanje dela. Oziroma učinkovitost motor (izkoristek) je enak razmerju med opravljenim delom (A) in količino toplote, ki jo prejme od grelnika (Q1):

Motor z notranjim zgorevanjem (ICE)

Obstajata dve vrsti motorjev notranje zgorevanje(ICE): uplinjač in dizel. Pri motorju z uplinjačem se delovna mešanica (mešanica goriva in zraka) pripravlja zunaj motorja v posebno napravo in iz njega vstopi v motor. Pri dizelskem motorju se mešanica goriva pripravi v samem motorju.

ICE je sestavljen iz valj , v katerem se giblje bat ; jih je v cilindru dva ventila , skozi katerega se dovaja gorljiva mešanica v valj, skozi drugega pa se iz cilindra odvajajo izpušni plini. Uporaba bata ročični mehanizem povezuje z ročična gred , ki se začne vrteti s translacijskim gibanjem bata. Cilinder je zaprt s pokrovom.

Cikel delovanje motorja z notranjim zgorevanjem vključuje štiri takte: sesanje, kompresija, gib, izpuh. Med sesanjem se bat premakne navzdol, tlak v valju se zmanjša in vanj skozi ventil vstopi gorljiva mešanica (pri motorju z uplinjačem) ali zrak (pri dizelskem motorju). Ventil je v tem trenutku zaprt. Ob koncu vnosa gorljive mešanice se ventil zapre.

Med drugim taktom se bat premakne navzgor, ventili se zaprejo in delovna mešanica oziroma zrak se stisne. Hkrati se temperatura plina dvigne: gorljiva mešanica v motorju z uplinjačem se segreje na 300-350 ° C, zrak v dizelskem motorju pa na 500-600 ° C. Na koncu kompresijskega takta preskoči iskra v motorju z uplinjačem in gorljiva mešanica se vname. Pri dizelskem motorju se gorivo vbrizga v valj in nastala mešanica se spontano vžge.

Pri zgorevanju gorljive zmesi se plin razširi in potisne bat in z njim povezano ročično gred, ki opravlja mehansko delo. To povzroči ohlajanje plina.

Ko bat doseže najnižjo točko, se tlak v njem zmanjša. Ko se bat premakne navzgor, se ventil odpre in sprostijo se izpušni plini. Na koncu tega giba se ventil zapre.

Parna turbina

Parna turbina To je disk, nameščen na gredi, na kateri so nameščena rezila. Para vstopi v rezila. Para, segreta na 600 °C, se usmeri v šobo in se v njej razširi. Ko se para širi, se njena notranja energija pretvori v kinetično energijo usmerjenega gibanja parnega curka. Curek pare prihaja iz šobe na turbinske lopatice in nanje prenese del svoje kinetične energije, zaradi česar se turbina vrti. Običajno imajo turbine več diskov, od katerih vsak prenaša del energije pare. Vrtenje diska se prenaša na gred, na katero je priključen generator električnega toka.

Ko zgorijo različna goriva enake mase, se sprostijo različne količine toplina. Na primer, dobro je znano, da je zemeljski plin energetsko učinkovitejše gorivo od lesa. To pomeni, da mora biti za pridobitev enake količine toplote masa lesa, ki ga je treba zgoreti, bistveno večja od mase zemeljskega plina. Posledično je za različne vrste goriva z energetskega vidika značilna količina, imenovana specifična toplota zgorevanja goriva .

Specifična toplota zgorevanja goriva - fizikalna količina, ki prikazuje, koliko toplote se sprosti pri popolnem zgorevanju goriva, ki tehta 1 kg.

Med snovi organskega izvora spadajo goriva, ki pri zgorevanju sproščajo določeno količino toplotne energije. Treba je opredeliti proizvodnjo toplote visoka učinkovitost ter odsotnost stranskih učinkov, predvsem zdravju ljudi in okolju škodljivih snovi.

Za lažje nalaganje v kurišče leseni material razrezane na posamezne elemente dolžine do 30 cm. Za večjo učinkovitost njihove uporabe morajo biti drva čim bolj suha, proces gorenja pa razmeroma počasen. V mnogih pogledih je za ogrevanje prostorov primeren les iz listavcev, kot so hrast in breza, leska in jesen ter glog. Zaradi visoke vsebnosti smole, povečane stopnje gorenja in nizke kalorične vrednosti iglavcev v tem pogledu so bistveno slabši.

Treba je razumeti, da na vrednost kurilne vrednosti vpliva gostota lesa.

to naravni material rastlinskega izvora, pridobljen iz sedimentnih kamnin.

V tej obliki trdno gorivo vsebujejo ogljik in drugo kemični elementi. Obstaja delitev materiala na vrste glede na njegovo starost. Rjavi premog velja za najmlajšega, sledi črni premog, antracit pa je starejši od vseh drugih vrst. Starost gorljive snovi določa tudi njeno vlažnost, ki je v mladem materialu večja.

Pri izgorevanju premoga prihaja do onesnaževanja okolja, nastaja žlindra na kotlovskih rešetkah, ki v določeni meri ovirajo normalno zgorevanje. Neugoden dejavnik za atmosfero je tudi prisotnost žvepla v materialu, saj se ta element v zračnem prostoru pretvori v žveplovo kislino.

Vendar se potrošniki ne smejo bati za svoje zdravje. Proizvajalci tega materiala, ki skrbijo za zasebne stranke, si prizadevajo zmanjšati vsebnost žvepla v njem. Kurilna vrednost premoga se lahko razlikuje tudi znotraj iste vrste. Razlika je odvisna od značilnosti podvrste in vsebnosti mineralov, pa tudi od geografije proizvodnje. Kot trdno gorivo najdemo ne le čisti premog, temveč tudi nizko obogateno premogovo žlindro, stisnjeno v brikete.

Peleti (gorivni granulati) so ustvarjena trda goriva industrijsko iz lesnih in rastlinskih odpadkov: oblanci, lubje, lepenka, slama.

Surovino, zdrobljeno v prah, posušimo in vlijemo v granulator, od koder pride ven v obliki granul določene oblike. Za dodajanje viskoznosti masi se uporablja rastlinski polimer, lignin. Kompleksnost proizvodnega procesa in veliko povpraševanje določite stroške peletov. Material se uporablja v posebej opremljenih kotlih.

Vrste goriva se določijo glede na material, iz katerega so predelane:

• okrogli les iz dreves katere koli vrste;
• slama;
• šota;
• sončnična lupina.

Med prednostmi, ki jih imajo peleti za gorivo, je treba omeniti naslednje lastnosti:

• prijaznost do okolja;
• nezmožnost deformacije in odpornost na glive;
• enostavno shranjevanje tudi na prostem;
• enakomernost in trajanje zgorevanja;
• relativno nizki stroški;
• Možnost uporabe za različne grelne naprave;
• primerna velikost zrnc za samodejni prenos v posebej opremljen kotel.

Briketi

Briketi so trda goriva, ki so v marsičem podobna peletom. Za njihovo izdelavo se uporabljajo enaki materiali: lesni sekanci, oblanci, šota, lupine in slama. Med proizvodnim procesom se surovine zdrobijo in s stiskanjem oblikujejo v brikete. Ta material je tudi okolju prijazno gorivo. Priročen je tudi za shranjevanje na prostem. Gladko, enakomerno in počasno zgorevanje tega goriva lahko opazimo tako v kaminih in pečeh kot v ogrevalnih kotlih.

Zgoraj obravnavane vrste okolju prijaznega trdega goriva so dobra alternativa za pridobivanje toplote. V primerjavi s fosilnimi viri toplotne energije, ki neugodno vplivajo na zgorevanje okolju poleg tega pa imajo alternativna goriva, ker niso obnovljiva, jasne prednosti in relativno nizke stroške, kar je pomembno za nekatere kategorije potrošnikov.

Hkrati je požarna nevarnost takih goriv veliko večja. Zato je treba upoštevati nekatere varnostne ukrepe glede njihovega skladiščenja in uporabe ognjevarnih materialov za stene.

Tekoča in plinasta goriva

Kar zadeva tekoče in plinaste vnetljive snovi, je tukaj situacija naslednja.

specifična zgorevalna toplota - Specifična toplota— Teme Industrija nafte in plina Sinonimi specifična toplotna zmogljivost EN specifična toplota ...

Količina toplote, ki se sprosti pri popolnem zgorevanju 1 kg goriva. Specifična toplota zgorevanja goriva se določi eksperimentalno in je najpomembnejša lastnost goriva. Glej tudi: Fuel Finančni slovar Finam... Finančni slovar

specifična toplota zgorevanja šote z bombo- Višja toplota zgorevanja šote, upoštevajoč toploto nastajanja in raztapljanja v žveplovi in dušikove kisline. [GOST 21123 85] Nedopustna, nepriporočena kalorična vrednost šote za bombo Teme šota Splošni pogoji lastnosti šote EN ... ... Priročnik za tehnične prevajalce

specifična zgorevalna toplota (gorivo)- 3.1.19 specifična zgorevalna toplota (gorivo): skupna količina energije, ki se sprosti pri reguliranih pogojih zgorevanja goriva. Vir …

Specifična toplota zgorevanja šote z bombo- 122. Specifična toplota zgorevanja šote z bombo Višja toplota zgorevanja šote ob upoštevanju toplote tvorbe in raztapljanja žveplove in dušikove kisline v vodi Vir: GOST 21123 85: Šota. Izrazi in definicije originalni dokument ... Slovar-priročnik izrazov normativne in tehnične dokumentacije

specifična toplota zgorevanja goriva- 35 specifična zgorevalna toplota goriva: skupna količina energije, sproščene pri določenih pogojih zgorevanja goriva. Vir: GOST R 53905 2010: Varčevanje z energijo. Izrazi in definicije originalni dokument ... Slovar-priročnik izrazov normativne in tehnične dokumentacije

To je količina toplote, ki se sprosti med popolnim zgorevanjem mase (za trdne snovi in tekoče snovi) ali volumetrične (za plinaste) enote snovi. Merjeno v joulih ali kalorijah. Zgorevalna toplota na enoto mase ali prostornine goriva, ... ... Wikipedia

Sodobna enciklopedija

Toplota zgorevanja- (toplota zgorevanja, vsebnost kalorij), količina toplote, ki se sprosti pri popolnem zgorevanju goriva. Obstajajo specifične toplote zgorevanja, volumetrične toplote itd. Na primer, specifična toplota zgorevanja premoga je 28 34 MJ/kg, bencina je približno 44 MJ/kg; volumetrična ... ... Ilustrirani enciklopedični slovar

Specifična toplota zgorevanja goriva- Specifična zgorevalna toplota goriva: skupna količina energije, sproščene pri določenih pogojih zgorevanja...

Za različne vrste goriv (trdno, tekoče in plinasto) so značilne splošne in specifične lastnosti. TO splošne lastnosti goriva vključujejo specifično toploto zgorevanja in vlažnost; specifične vključujejo vsebnost pepela, vsebnost žvepla (vsebnost žvepla), gostoto, viskoznost in druge lastnosti.

Specifična toplota zgorevanja goriva je količina toplote, ki se sprosti pri popolnem zgorevanju \(1\) kg trdne oz. tekoče gorivo ali \(1\) m³ plinastega goriva.

Energijsko vrednost goriva določa predvsem njegova specifična zgorevalna toplota.

Specifična zgorevalna toplota je označena s črko \(q\). Enota Specifična toplota zgorevanje je \(1\) J/kg za trdna in tekoča goriva in \(1\) J/m³ za plinasta goriva.

Specifična toplota zgorevanja se eksperimentalno določi z uporabo precej zapletenih metod.

Tabela 2. Specifična toplota zgorevanja nekaterih vrst goriva.

Trdno gorivo

Tekoče gorivo

Plinasto gorivo

(v normalnih pogojih)

Iz te tabele je razvidno, da je specifična zgorevalna toplota vodika največja, enaka \(120\) MJ/m³. To pomeni, da se pri popolnem zgorevanju vodika s prostornino \(1\) m³ sprosti \(120\) MJ \(=\)\(120\) ⋅ 10 6 J energije.

Vodik je eno izmed visokoenergetskih goriv. Poleg tega je produkt zgorevanja vodika navadna voda, za razliko od drugih vrst goriva, kjer so produkti zgorevanja ogljikov dioksid in ogljikov monoksid, pepel in kurilna žlindra. Zaradi tega je vodik najbolj okolju prijazno gorivo.

Vendar je vodikov plin eksploziven. Poleg tega ima najnižjo gostoto v primerjavi z drugimi plini pri enaki temperaturi in tlaku, kar povzroča težave pri utekočinjanju vodika in njegovem transportu.

Skupna količina toplote \(Q\), ki se sprosti pri popolnem zgorevanju \(m\) kg trdnega ali tekočega goriva, se izračuna po formuli:

Skupna količina toplote \(Q\), ki se sprosti pri popolnem zgorevanju \(V\) m³ plinastega goriva, se izračuna po formuli:

Vlažnost (vsebnost vlage) goriva zmanjša njegovo kalorično vrednost, saj se poveča poraba toplote za izhlapevanje vlage in poveča se volumen produktov zgorevanja (zaradi prisotnosti vodne pare).
Vsebnost pepela je količina pepela, ki nastane pri zgorevanju mineralov, ki jih vsebuje gorivo. Mineralne snovi, ki jih vsebuje gorivo, zmanjšajo njegovo kalorično vrednost, saj se zmanjša vsebnost gorljivih komponent (glavni razlog) in poveča se poraba toplote za ogrevanje in taljenje mineralne mase.
Vsebnost žvepla (vsebnost žvepla) se nanaša na negativen dejavnik v gorivu, saj pri njegovem zgorevanju nastajajo plini žveplov dioksid, ki onesnažujejo ozračje in uničujejo kovino. Poleg tega žveplo, ki ga vsebuje gorivo, delno prehaja v staljeno kovino in zvarjeno stekleno talino, kar zmanjšuje njihovo kakovost. Na primer, za taljenje kristalnega, optičnega in drugega stekla ne morete uporabiti goriva, ki vsebuje žveplo, saj žveplo bistveno zmanjša optične lastnosti in barvo stekla.

Vsako gorivo pri zgorevanju sprosti toploto (energijo), izraženo v joulih ali kalorijah (4,3 J = 1 cal). V praksi za merjenje količine toplote, ki se sprosti pri zgorevanju goriva, uporabljajo kalorimetre - kompleksne laboratorijske naprave. Zgorevalno toploto imenujemo tudi kalorična vrednost.

Količina toplote, pridobljene pri zgorevanju goriva, ni odvisna samo od njegovega kalorična vrednost, ampak tudi od maše.

Za primerjavo snovi glede na količino energije, ki se sprosti med zgorevanjem, je bolj primerna vrednost specifične toplote zgorevanja. Prikazuje količino toplote, ki nastane pri zgorevanju enega kilograma (masna specifična zgorevalna toplota) ali enega litra kubičnega metra (volumenska specifična zgorevalna toplota) goriva.

Enote specifične toplote zgorevanja goriva, sprejete v sistemu SI, so kcal/kg, MJ/kg, kcal/m³, MJ/m³, pa tudi njihovi derivati.

Energijska vrednost goriva je določena prav z vrednostjo njegove specifične zgorevalne toplote. Razmerje med količino toplote, ki nastane pri zgorevanju goriva, njegovo maso in specifično toploto zgorevanja je izraženo s preprosto formulo:

Q = q m, kjer je Q količina toplote v J, q je specifična toplota zgorevanja v J/kg, m je masa snovi v kg.

Za vse vrste goriva in večino gorljivih snovi so vrednosti specifične toplote zgorevanja že dolgo določene in sestavljene v tabele, ki jih strokovnjaki uporabljajo pri izračunu toplote, ki se sprošča pri zgorevanju goriva ali drugih materialov. V različnih tabelah so lahko manjša odstopanja, ki so očitno razložena z nekoliko različnimi merilnimi tehnikami ali različnimi kaloričnimi vrednostmi podobnih gorljivih materialov, pridobljenih iz različnih nahajališč.

Največjo energijsko intenzivnost med trdimi gorivi ima premog - 27 MJ/kg (antracit - 28 MJ/kg). Ima podobne kazalnike oglje(27 MJ/kg). Rjavi premog ima veliko nižjo kurilno vrednost – 13 MJ/kg. Običajno vsebuje tudi veliko vlage (do 60 %), ki ob izhlapevanju zmanjša skupno zgorevalno toploto.

Šota gori s toploto 14-17 MJ/kg (odvisno od stanja - zdrobljena, stisnjena, briketna). Drva, posušena na 20 % vlažnost, sproščajo od 8 do 15 MJ/kg. Hkrati se lahko količina energije, prejete iz aspen in breze, razlikuje skoraj dvakrat. Približno enake kazalnike dajejo peleti iz različne materiale- od 14 do 18 MJ/kg.

Veliko manj kot trdne snovi se razlikujejo po specifični toploti zgorevanja tekoče vrste goriva. Tako je specifična toplota zgorevanja dizelskega goriva 43 MJ/l, bencina - 44 MJ/l, kerozina - 43,5 MJ/l, kurilnega olja - 40,6 MJ/l.

Specifična toplota zgorevanja zemeljskega plina je 33,5 MJ / m³, propana - 45 MJ / m³. Najbolj energetsko intenzivno plinasto gorivo je vodikov plin (120 MJ/m³). Zelo obetaven je za uporabo kot gorivo, vendar ga še niso našli optimalne možnosti njegovo skladiščenje in transport.

Primerjava energijske intenzivnosti različnih vrst goriva

Če primerjamo energijsko vrednost glavnih vrst trdnih, tekočih in plinastih goriv, ​​lahko ugotovimo, da en liter bencina ali dizelskega goriva ustreza 1,3 m³ zemeljskega plina, en kilogram premoga - 0,8 m³ plina, en kg drva - 0,4 m³ plina.

Toplota zgorevanja goriva je najpomembnejši indikator učinkovitosti, vendar je širina njegove porazdelitve na področjih človekove dejavnosti odvisna od tehnične zmogljivosti in ekonomski kazalniki uporabe.